封裝結構、封裝方法及感光裝置的製作方法

2023-05-07 00:52:01

專利名稱：封裝結構、封裝方法及感光裝置的製作方法
技術領域：
本申請涉及封裝結構、形成該封裝結構的封裝方法以及由該封裝結構形 成的感光裝置。
背景技術：
晶圓級晶片尺寸封裝(Wafer Level Chip Size Packaging, WLCSP )技術 是對整片晶圓進行封裝測試後再切割得到單個成品晶片的技術，封裝後的芯 片尺寸與棵片 一致。晶圓級晶片尺寸封裝技術改變傳統封裝如陶瓷無引線芯 片載具(Ceramic Leadless Chip Carrier )、有才幾無引線晶片載具(Organic Leadless Chip Carrier)和數位相機模塊式的模式，順應了市場對微電子產品日益輕、 小、短、薄化和低價化要求。經晶圓級晶片尺寸封裝技術封裝後的晶片尺寸 達到了高度微型化，晶片成本隨著晶片尺寸的減小和晶圓尺寸的增大而顯著 降低。晶圓級晶片尺寸封裝技術是可以將IC設計、晶圓製造、封裝測試、基 板製造整合為一體的技術，是當前封裝領域的熱點和未來發展的趨勢。
美國專利申請第US2001018236號公開了 Shellcase公司的一種基於晶圓級 晶片尺寸封裝技術所製造的封裝結構及其製造方法。如圖1所示，該封裝結構 包括基底114、基底114上的空腔壁116、焊墊112、包含感光元件100的晶片102 以及焊接凸點IIO,晶片102的第一表面通過焊墊112與基底114上的空腔壁116 壓合形成空腔120;晶片102的另一表面上形成有樹脂層104;樹脂層104的另 一表面部分覆有玻璃層106;玻璃層106上部分覆有中介金屬層108,中介金屬 層108與焊墊112以及焊接凸點110連接形成電連通。
從圖l可知，為了提供支撐及絕緣等功能，現有的封裝結構100需要在芯
片102形成有光學元件100—面的相對面設置多層覆層，使得封裝結構100的厚 度增加。另外，焊墊112與中介金屬層108的接觸面積小，容易形成斷路。
上述封裝結構的裝配示意圖如圖2所示。封裝結構1 OO裝配後的整體厚度= 透鏡170厚度的一半+透鏡170的焦距+感光元件100至焊接凸點110頂端的厚度 十PCB電路板的厚度。從圖2還可知，為了方便封裝結構100的裝配，透鏡170 的直徑一般會大於封裝結構100中方形基底114的對角線長。
從圖2可知，現有的封裝結構100在裝配後的整體厚度較大，且透鏡170的 尺寸也較大。再者，現有技術中，還可能需要在晶片120上的焊墊115之外還 要設置延伸焊墊(圖未示)，使得製造晶片120的晶圓的可利用面積減少。

發明內容
本申請所要解決的技術問題是如何提高封裝結構的穩定性並降低封裝 結構的厚度。
為解決上技術問題，本申請提供一種封裝結構，包括基底、晶片和與 晶片上的焊墊電連通的焊接凸點，所述焊接凸點位於所述基底上。
根據本申請的另一方面，還提供一種封裝方法，包括步驟提供半封裝
結構，所述半封裝結構包括基底和晶片，所述晶片上具有暴露的焊墊；在所 述半封裝結構的基底一側形成與所述焊墊電連通的焊*接凸點。
根據本申請的又一方面，還提供一種感光裝置，還包括鏡頭和印刷電路 板，所述印刷電路板位於所述鏡頭和所述封裝結構之間。
本申請所要求保護的封裝結構的技術方案中，焊接凸點位於基底上，避 免現有技術在封裝結構的晶片 一側形成凸點時所必須形成的多層覆層結構， 從而減少了封裝結構的厚度。
另外，導電層部分或全部覆蓋所述焊墊，使得導電層與焊墊的連接面積
增大，從而降低了該處連接的失效概率，提高了封裝結構的穩定性。


圖1為現有技術封裝結構示意圖2為圖1所示封裝結構的裝配示意圖3為本申請封裝結構一個實施例的結構示意圖4為本申請封裝方法一個實施例的流程圖5至圖11為本申請封裝方法的一個實施例中封裝結構製造過程的示意
圖12為本申請封裝結構一個實施例的裝配示意圖。
具體實施例方式
本實施例提供一種封裝結構以及相應的封裝方法，避免現有技術在封裝 結構的晶片 一側形成凸點時所必須形成的多層覆層結構，從而有效減少封裝 結構的厚度。
下面以光學傳感器晶片的封裝為例，結合附圖對本申請的具體實施方式
進4亍詳細i兌明。
本申請中封裝結構一個實施例的結構示意圖如圖3所示，該封裝結構200 包括基底205和與基底205壓合的晶片220以及焊接凸點250，而焊接凸點 250設於基底205上。為了在封裝結構200與其他部件的後續裝配過程中，有 利於焊接凸點250與印刷電路板的接觸，並防止焊接凸點250的脫落，可以 將焊接凸點250設置在基底205遠離晶片220的表面上。當然，本領域技術 人員也知道，在裝配需要的情況下，焊接凸點250也可以位於基底205的側 壁上。
晶片220具有功能面202。功能面202上設有需要密封的光學傳感器201,
以及位於功能面202上光學傳感器201外圍的焊墊215。焊墊215是光學傳感 器201內部的電路與光學傳感器201之外的電路相連的連接點。為了降低封 裝結構200的厚度，晶片220功能面202相對的一面可以經過化學或機械減 薄工藝處理。減薄工藝是本領域技術人員所熟知的工藝，在此不再贅述。芯 片220功能面202的相對面可以只覆有保護層260,用以保護晶片。製造保護 層260的材料可以是包括苯並環丁烯、聚醯亞胺和環氧樹脂的組合物。與現 有技術相比，由於不需要將焊接凸點250設置在封裝結構200的晶片220 — 側，因此不需要在晶片220功能面的相對面設置用於支撐、絕緣以及保護等 作用的多層覆層，從而降低了封裝結構200的厚度。
基底205包括基板206和基板206面向光學傳感器201的一側上設置的 空腔壁210。空腔壁210是圍牆狀的閉環結構。空腔壁210與晶片220上的光 學傳感器201對應設置，空腔壁210所圍成的區域覆蓋光學傳感器201而不 覆蓋焊墊215。製造空腔壁210的材料可以是環氧樹脂。
基底205上的基4反206和空腔壁210與晶片220包圍形成密閉光學傳感 器201的腔室，並使得焊墊215位於該腔室之外。
封裝結構200還包括導電層240。導電層240的一端完全覆蓋焊墊215。 與現有技術相比，由於導電層240與焊墊215的接觸是以覆蓋的方式實現的， 而非現有技術中的點接觸的方式，因此導電層240與焊墊215的接觸更加穩 固，可以提高封裝結構200的可靠性。當然，本領域技術人員知道，即使導 電層240的一端並非完全覆蓋焊墊215,而是部分覆蓋焊墊215,也可以達到 增加導電層240與焊墊215的接觸穩定性，以及提高封裝結構200可靠性的 目的。導電層240的另一端與焊接凸點250的底部直接接觸，從而形成與焊 接凸點250和焊墊215直接連接的導電層240，從焊接凸點250到焊墊215的 電通路。 為了提供對導電層240的保護，在導電層240上還形成有一層掩膜層246。 掩膜層246完全覆蓋導電層240和焊墊215,並在導電層240與焊接凸點250 接觸的地方留有通孔(未標註)，通孔的直徑與焊接凸點250的徑向直徑相等 或幾乎相等，使得掩膜層246即能完全覆蓋導電層240,又能暴露焊接凸點 250。製造掩膜層246的材料可以是熱塑性感光型樹脂，具體例如苯並環丁烯、 聚醯亞胺以及環氧樹脂的組合物。
為了方便在製造過程中一次性沉積導電層240,基板206與晶片220相對 的表面同基板206的側壁具有為銳角的夾角，該夾角具體例如50度、55度、 60度、65度、70度、75度、80度。
本領域技術人員知道，對於一般的封裝結構，焊接凸點和相應的焊墊可 能有多個。在本申請的一個實施例中，焊接凸點250和焊墊215也可以有多 個，因此，導電層240具有一定的圖形，形成每個焊接凸點250與相應焊墊 215之間獨立的電信號通路。
導電層240需要具備的最主要的性質是能夠導電，因此導電層240可以 是金屬層，具體例如鋁、鋁鎳合金或黃金等。如果根據封裝的需要，導電層 240需要額外具備透明的性質，則導電層240的材料可以例如是同時具備導電 和透明性質的納米銦錫金屬氧化物(Indium Tin Oxides, ITO )。
由於封裝的對象是光學傳感器晶片，晶片220上的光學傳感器201需要 透過基板206獲取光學信號，因此，除了提供絕緣和支撐性能以外，基板206 還需要額外具有透明的性質。符合這些性質的材料可以例如是玻璃。
當封裝對象是光學傳感器晶片且導電層240是不透明的金屬層時，需要 考慮金屬層對光學信號的遮擋問題。因此，當導電層240是金屬層時，基板 206上的焊接凸點215和導電層240在晶片220的功能面202上的正投影與光 學傳感器201不相交，即分離。同樣的，當掩膜層246是不透明的材料時，
也需要在基板206上遠離晶片220的一側形成開口，使得光信號可以通過該 開口和透明的基板206後到達光學傳感器201 。
根據本申請的另一個方面，還提供用於製造上述封裝結構的封裝方法。 如圖4所示，根據本申請的一個實施例，封裝方法包括步驟
S201，提供基底，包括基板和基板上的環形空腔壁；
5202, 提供晶片，所述晶片包括功能面，所述功能面上設有需要密封的 光學傳感器和位於功能面上器件外圍的焊墊；
5203, 在環形空腔壁遠離基板的一面形成粘合層；
S204，將晶片與基底對應粘合，使得基板、空腔壁和晶片包圍形成密封 光學傳感器的空腔，而焊墊位於空腔之外；
S205，對晶片功能面的相對面進行減薄，並形成保護層；
5206, 切割基板至暴露出焊墊，並形成基板側壁，基板側壁與基板與芯 片相對表面的夾角為銳角，從而形成暴露焊墊的半封裝結構；
5207, 在半封裝結構的基底一側形成與焊墊連接的導電層，並圖形化導 電層；
5208, 在導電層上形成掩膜層，並圖形化掩膜層，形成暴露導電層的掩 膜通孔以及暴露光學傳感器的開口；
5209, 在掩膜通孔內形成與導電層接觸的焊接凸點。
圖5至圖11為本申請封裝方法的一個實施例中封裝結構製造過程的示意 圖，下面結合圖5至圖ll對封裝方法進行詳細說明。
如圖5所示，首先執行步驟S201,提供包括基板206和環形空腔壁210 的基底205。基底205的具體細節已經在對封裝結構200的詳細描述中有所闡 明，在此不再贅述。
然後執行步驟S202，提供晶片220。晶片220包括功能面202。功能面 202上設有需要密封的光學傳感器201和位於功能面202上器件201外圍的焊 墊215。
然後執行步驟S203，在環形空腔壁210遠離基板206的一面形成粘合層 (圖未示)。粘合層既可以實現粘接的作用，又可以起到絕緣和密封的作用， 因此粘合層的材料可以是環氧樹脂、聚醯亞胺、BCB樹脂或BT樹脂。
接著執行步驟S204,將晶片220與基底205對應粘合，使得基板206、 空腔壁210和晶片220包圍形成密封光學傳感器201的空腔，而焊墊215位 於空腔之外，形成如圖6所示的結構。在進行粘合時，晶片220上的光學傳 感器201對應落入基底205上的空腔壁210所圍成的空腔中，而焊墊215被 排除在空腔壁之外，從而形成晶片220與基底205夾合光學傳感器201的封 閉結構。
然後再執行步驟S205,對晶片220功能面202的相對面進行減薄，形成 如圖7所示的結構。然後在晶片220功能面202的相對面只形成保護層260, 從而形成如圖8所示的結構。關於減薄工藝和保護層的細節，在對封裝結構 200的詳細描述中有所闡明，在此不再贅述。
然後執行步驟S206，切割基板206，形成基板側壁，基板側壁與基板206 與晶片220相對表面的夾角a為銳角，夾角a具體例如50度、55度、60度、 65度、70度、75度、80度，從而形成如圖9所示的暴露焊墊215的半封裝 結構。在切割的過程中，可以如圖9所示，切割掉部分的空腔壁210，也可以 完全不切除空腔壁210的任何部分，從而可以避免降低空腔壁210的機械強 度。
接著執行步驟S207,在半封裝結構的基底205的一側形成完全覆蓋焊墊 215的導電層240，並圖形化導電層240。形成導電層240和圖形化導電層240
的工藝已為本領域技術人員所熟知，在此不再贅述。
然後執行步驟S208，在導電層240上形成掩膜層246，並圖形化掩膜層 246,形成暴露導電層240的掩膜通孔以及暴露光學傳感器201的開口，從而 形成如圖11所示的結構。
最後執行步驟S209,在掩膜通孔內形成與導電層240接觸的焊接凸點 250,形成如圖3所示的封裝結構200。
在上述封裝結構和封裝方法的實施例中，由於基底205具備支撐和絕緣 的作用，因此在製造封裝結構200的過程中，不需要在基底205 —側形成其 他絕緣層或支撐層，從而可以降低封裝結構200的厚度。
另外，與現有技術相比，採用上述封裝結構和封裝方法，導電層240直 接與焊墊215連接，因此在晶片220上的焊墊215之外不需要再設置延伸焊 墊，因而可以最大化利用製造晶片220的晶圓面積，降低成本。
根據本申請的有一個方面，還提供由上述封裝結構組裝形成的感光裝置， 如圖12所示。該感光裝置300除包括封裝結構200以外，還包括鏡頭270和 印刷電路板260。由於在封裝結構200中，焊接凸點250位於基底205上，因 此印刷電路板260就位於鏡頭270和封裝結構200之間。該感光裝置300的 厚度=透鏡270厚度的一半+透鏡270的焦距+光學傳感器201至保護層260的 厚度，這與現有技術相比，至少減少了印刷電路板260的厚度以及焊接凸點 250的厚度以及原有的晶片220—側的多層覆層的厚度，也即減小了感光裝置 300的厚度。另外，透鏡270的直徑可以只與光學傳感器201的外接圓直徑相 當，與現有技術相比，透鏡270的尺寸明顯減小。
以上的具體實施方式
均是以光學傳感器晶片的封裝為例，但本發明不限 於此，半導體集成電路晶片、熱學傳感器晶片、力學傳感器晶片或微機電元 件等器件的封裝也可以採用本申請所描述的封裝結構和封裝方法，同樣也能
達到降低封裝結構厚度的目的。
雖然本發明已以較佳實施例披露如上，但本發明並非限定於此。任何本 領域技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍內，均可作各種更動與修改， 因此本發明的保護範圍應當以權利要求所限定的範圍為準。
權利要求
1.一種封裝結構，包括基底、晶片和與晶片上的焊墊電連通的焊接凸點，其特徵在於所述焊接凸點位於所述基底上。
2. 如權利要求1所述的封裝結構，其特徵在於所述焊接凸點位於所述 基底遠離晶片的表面。
3. 如權利要求1所述的封裝結構，其特徵在於還包括與所述焊接凸點 與所述焊墊連接的一層導電層。
4. 如權利要求3所述的封裝結構，其特徵在於所述導電層部分或全部 覆蓋所述焊墊。
5. 如權利要求3所述的封裝結構，其特徵在於製造所述導電層的材料 包括金屬或ITO。
6. 如權利要求1所述的封裝結構，其特徵在於所述晶片遠離基底的一 面覆有保護層。
7. 如權利要求1所述的封裝結構，其特徵在於所述晶片的功能面上設 有需要密封的器件；所述基底包括基板和空腔壁，所述基板、空腔壁和晶片 包圍形成密封所述器件的空腔，所述焊墊位於所述空腔之外。
8. 如權利要求7所述的封裝結構，其特徵在於所述器件包括光學傳感 器，所述焊接凸點和導電層在晶片上的正投影與所述光學傳感器分離。
9. 如權利要求7所述的封裝結構，其特徵在於製造所述基板的材料包 括玻璃。
10. 如權利要求7所述的封裝結構，其特徵在於所述基板與晶片相對 的表面同基板的側壁的夾角為銳角。
11. 一種封裝方法，其特徵在於，包括步驟提供半封裝結構，所述半封裝結構包括基底和晶片，所述晶片上具有暴 露的焊墊；在所述半封裝結構的基底一側形成與所述焊墊電連通的焊接凸點。
12. 如權利要求11所述的封裝方法，其特徵在於所述焊接凸點形成在所述基底遠離晶片的表面。
13. 如權利要求11所述的封裝方法，其特徵在於所述焊墊與焊接凸 點的電連通是通過在所述基底上形成與焊墊和焊接凸點連接的導電層來實 現。
14. 如權利要求11所述的封裝方法，其特徵在於製造所述導電層的 材料包括金屬或ITO。
15. 如權利要求14所述的封裝方法，其特徵在於所述導電層與所述 焊墊的連接是通過金屬層部分或全部覆蓋焊墊而形成的。
16. 如權利要求11所述的封裝方法，其特徵在於，還包括步驟在所 述晶片遠離所述基底的一面形成保護層。
17. 如權利要求11所述的封裝方法，其特徵在於，形成所述半封裝結 構的步驟包括提供基底，所述基底包括基板和基板上的環形空腔壁； 提供晶片，所述晶片包括功能面，所述功能面上設有需要密封的器件和 位於功能面上器件外圍的焊墊；在環形空腔壁遠離基^1的 一面形成粘合層；將晶片與基底對應粘合，使得基板、空腔壁和晶片包圍形成密封所述器 件的空腔，而所述焊墊位於所述空腔之外。
18. 如權利要求17所述的封裝方法，其特徵在於所述器件包括光學 傳感器，所述焊接凸點和金屬層在晶片上的正投影與所述光學傳感器分離。
19. 如權利要求17所述的封裝方法，其特徵在於所述基板用玻璃製造。
20. 如權利要求17所述的封裝方法，其特徵在於所述基板與晶片相 對表面的夾角為銳角的基板側壁。
21. —種感光裝置，包括如權利要求1所述的封裝結構、鏡頭和印刷電路板，其特徵在於所述印刷電路板與所述封裝結構上的凸點連接且位於所 述鏡頭和所述封裝結構之間。
全文摘要
本申請提供封裝結構、封裝方法及感光裝置。其中，封裝結構包括基底、晶片和與晶片上的焊墊形成電連通的焊接凸點，所述焊接凸點位於所述基底上。由於焊接凸點位於基底上，避免現有技術在封裝結構的晶片一側形成凸點時所必須形成的多層覆層結構，從而減少了封裝結構的厚度，並提高了封裝結構的可靠性。
文檔編號H01L27/146GK101369568SQ200810042930
公開日2009年2月18日 申請日期2008年9月12日 優先權日2008年9月12日
發明者俞國慶, 蔚 王, 王之奇, 鄒秋紅 申請人:晶方半導體科技(蘇州)有限公司